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三星率先點火　3D NAND製程競技開打 

快閃記憶體是目前在筆記型電腦、資料中心，以及許多手機、平板電腦和行動裝置中經常被使用到的儲存技術。不過，現今的平面式(Planar)NAND快閃記憶體已接近物理的極限，為記憶體產業帶來嚴峻的考驗；而3D NAND技術將對快閃記憶體儲存方案帶來重大影響，並使其繼續遵循摩爾定律(Moore's Law)腳步，同時不斷提升效能與降低成本，從而擴大應用範圍(圖1)。  

圖1　3D NAND架構可延續摩爾定律腳步。 資料來源：Intel

看好3D NAND的應用發展潛力，三星(Samsung)搶先在2014年發表業界首款運用2x奈米製程、48層堆疊的3D NAND，進而大幅提升製造成本效益。為避免三星持續擴大在快閃記憶體市場的競爭優勢，東芝(Toshiba)、SanDisk、SK Hynix、英特爾(Intel)和美光(Micron)等產業要角也相繼跟進，並都規畫在2015年投入量產。  

其中，英特爾與美光正聯合開發3D NAND技術，目標係打造世界上最高密度的快閃記憶體，反將三星一軍。這項新的3D NAND技術以極為精準的方式垂直堆疊數層資料儲存單元，可實現比其他NAND競爭技術容量多三倍的儲存元件，在更小空間內實現更高儲存容量，進而降低成本與功耗。  

Intel/美光攜手強攻超高密度3D NAND

美光記憶體技術與解決方案部門副總裁Brian Shirley表示，透過美光與英特爾的合作，雙方共同打造出先進的固態儲存技術，能提供相較於其他快閃記憶體技術更高密度、性能與效率。這項新的技術足以改變整個快閃記憶體市場的格局。 英特爾副總裁兼非揮發性儲存解決方案事業部總經理Rob Crooke亦指出，藉由最新的3D NAND技術，可顯著改善密度與成本問題，並將加快固態儲存在運算平台中的應用。  

據了解，英特爾與美光研發的新一代3D NAND技術最重要的特點，是其基礎儲存單元採用浮動閘單元設計，為提升性能、品質和可靠性的關鍵設計。

全新的3D NAND技術可垂直堆疊三十二層快閃記憶體單元，能夠在標準封裝內實現256Gb多層單元(MLC)和384Gb TLC晶片。這些容量可使口香糖大小的固態硬碟提供超過3.5TB的儲存容量，同時使標準2.5吋固態硬碟提供超過10TB的儲存容量。如此一來，該技術將有望提高產品的性能和耐用性，甚至可以使TLC設計滿足資料中心儲存的需求。  

據悉，目前256Gb MLC版本的3D NAND晶片已開始向部分合作夥伴提供樣品，384Gb TLC版本的3D NAND晶片也將於今年春末開始提供樣品。這兩款元件將在今年第四季度全面投產。同時，兩家公司也正在開發基於3D NAND技術的獨立固態硬碟產品線，並預計將在明年上市。  

3D NAND/TLC SSD　加速觸及價格甜蜜點  

慧榮科技產品企畫處副總經理段喜亭(圖2)表示，今年SSD總出貨量將較去年成長一倍以上，主要因素在於SSD開發商擴大導入低成本的3D NAND和TLC Flash，讓終端產品售價快速逼近傳統硬碟(HDD)，逐漸觸及SSD價格甜蜜點，因而帶動儲存應用市場轉換潮。  

隨著上游NAND Flash供應商透過3D晶圓堆疊設計逐漸降低生產成本後，下游SSD製造業者的產品價格也可望快速下滑，進而刺激非蘋陣營的筆電OEM、企業端和一般消費者的採購意願。  

除3D NAND外，TLC Flash亦是提升SSD價格競爭力的關鍵技術，但過去TLC因可靠度、壽命不佳等問題，遲遲難以取代目前主流的MLC方案，討論聲浪也就逐漸淡化。不過，段喜亭強調，今年主要Flash大廠，以及慧榮等SSD控制器晶片商，皆已發展出可修正TLC讀寫錯誤，顯著優化其寫入/抹除次數(P/E Cycle)性能的控制器與韌體技術(圖3)，因而大幅提升SSD廠商的接受度，預計今年下半年，搭載TLC Flash的消費性SSD或筆電出貨量將顯著增長。  

圖3　TLC Flash SSD控制器架構圖

段喜亭提到，隨著筆電OEM日益重視產品性價比，SSD今年在非蘋陣營筆電市場的滲透率可望從2014年不到10%占比，一舉躍升至20?30%水準，並將在未來幾年躍居市場主流。

段喜亭也透露，由於開發SSD韌體須耗費大量資源，對主攻消費性SSD的業者或筆電OEM而言是一大投資壓力，因此該公司也率先發表整合韌體的TLC Flash SSD控制器，並已於今年開始出貨，可望吸引系統廠青睞，占得市場先機。

除低成本TLC Flash SSD正快速翻紅外，新一代兼具高速傳輸效能、省電且小尺寸優勢的NVMe PCIe SSD設計也日益受到市場關注。繼3D NAND、TLC Flash產品布局後，三星再於日前宣布開始量產首款採用M.2介面規格的NVMe PCIe SSD，此款硬碟不僅擁有業界最高性能的特點，且體積小又不耗電。目前已經供貨給原始設備製造商，準備大舉搶攻PC市場。  

三星首款M.2 NVMe固態硬碟問世  

三星記憶體市場部門資深副總裁Jeeho Baek表示，新一代的固態硬碟主要為速度較快、體積輕薄的筆記型電腦而設計，透過減少電腦的耗電率，及延長電池使用時間等種種優勢，以吸引筆電製造商青睞，進而擴大消費性市場的採用。  

這款NVMe固態硬碟的連續讀取及寫入資料的性能，分別可以達到2,260MB/s、1,600MB/s，這比典型的SATA M.2固態硬碟提升三到四倍以上。此外，該硬碟利用四個8Gbit/s通道(PCIe 3.0規格)同時傳送資料，因此可達到32Gbit/s的資料傳輸率以及4GB/s的最大吞吐量，這比每秒只能傳送600MB的SATA M.2固態硬碟更具優勢。

如果以隨機讀取寫入的操作功能來看，M.2 NVMe固態硬碟最大可以處理300,000 IOPS(輸入輸出每秒)，超過AHCI版本硬碟的130,000 IOPS的兩倍之多，甚至是SATA型固態硬碟的三倍(圖4)。

圖4　NVMe固態硬碟可大幅提升效能

在外觀部分，M.2 NVMe固態硬碟厚度不超過4毫米、重量不到7克，比兩個堆疊的鎳幣還要輕薄。此外，該硬碟採用PCI-SIG協會所制定的L1.2低功耗待機模式，讓電腦達到省電功效。  

值得注意的是，新款硬碟雖然才剛問世，三星卻早已迫不及待，馬上著手計畫研發下一代，Baek表示，研發團隊預計將3D V-NAND快閃記憶體技術融入NVMe產品線，讓固態硬碟具備更大、更先進的容量與性能，滿足瞬息萬變的市場需求。

資料來源:新電子